소개글
"연기거동 측정"에 대한 내용입니다.
목차
1. 유체역학 및 콜로이드
1.1. 유체의 흐름 상태
1.1.1. 층류
1.1.2. 난류
1.1.3. 레이놀즈 수
1.2. 유체의 물성
1.2.1. 유량
1.2.2. 점성
1.2.3. 관성
1.2.4. 동점성 계수
1.3. 전이 영역
1.4. 물의 물성
2. 나노 입자 합성
2.1. 콜로이드 및 에멀젼의 정의
2.2. 콜로이드 입자의 종류
2.2.1. Macroemulsion
2.2.2. Miniemulsion
2.2.3. Microemulsion
2.3. 에멀젼의 형태
2.3.1. O/W형
2.3.2. W/O형
2.3.3. 다중 에멀젼
2.4. 금 나노 입자 합성
2.5. 은 나노 입자 합성
3. 에멀젼의 안정성
3.1. 불안정성 메커니즘
3.1.1. 응집
3.1.2. 크리밍
3.1.3. 합체
3.1.4. 오스트발트 숙성
3.2. 안정성 측정 방법
3.2.1. 빛의 산란
3.2.2. 포커스 빔 반사율 측정
3.2.3. 원심분리
3.2.4. 유변학
4. 에멀젼 제조 방법
4.1. 고온유화법
4.2. 반전유화법
4.3. D상 유화법
4.4. 전상온도유화법
4.5. 액정유화법
5. 참고 문헌
본문내용
1. 유체역학 및 콜로이드
1.1. 유체의 흐름 상태
1.1.1. 층류
층류(Laminar flow)란 유체가 층을 이루어 흐르면서 층이 거의 섞이지 않는 유체 흐름의 한 형태이다. 속도와 압력이 시간에 무관한 유체의 흐름이며 흐트러지지 않고 일정하게 흐르는 것이 특징이다. 예를 들면, 가는 파이프에 물을 흘리고 잉크를 넣어 흐름의 상태를 관측할 때, 유속에 따라 잉크의 흐름이 직선으로 나타나고 파이프벽에 평행하게 움직이며 섞이지 않는 것을 확인할 수 있다. 유체 운동의 종류를 기술하는데 중요한 인자인 레이놀즈 수가 2100보다 작은 유체의 흐름을 층류라고 한다. 층류에서 전단 응력은 유체의 점도에 의해서만 결정되며 밀도와는 무관하다.
1.1.2. 난류
난류는 압력, 속도가 시간과 공간에 따라 변화하며 무질서적인 형태가 특징인 유체의 흐름이다. 파도, 강물 등 자연에서 자주 발견할 수 있다. 일반적으로 난류에서의 불안정한 소용돌이인 Eddy는 서로 상호작용하며 끌어당기는 모양을 가진다. 레이놀즈 수가 4000보다 큰 유체의 흐름을 난류라고 하며, 난류 흐름에서의 전단 응력은 밀도에 의해 결정된다. 즉, 레이놀즈 수가 클수록 유체가 혼합될 가능성이 크다는 것을 의미한다. 층류에서 난류로 변하기 시작할 때의 한계점에서의 레이놀즈 수를 임계 레이놀즈 수라고 하며 그때의 속도를 임계 속도라고 한다. 층류에서 난류로 바뀔 때의 레이놀즈 수(Re=4000)를 상임계 레이놀즈 수, 난류에서 층류로 바뀔 때의 레이놀즈 수(Re=2100)를 하임계 레이놀즈 수라 한다.
1.1.3. 레이놀즈 수
레이놀즈 수는 유체역학에서 유체의 흐름이 층류인지 난류인지를 구별하는 데 사용되는 무차원 수이다. 레이놀즈 수는 관성력과 점성력의 비를 나타내는 수로, 다음과 같이 정의된다.
Re = ρ·V·D / μ
여기서 Re는 레이놀즈 수, ρ는 유체의 밀도, V는 평균 속도, D는 관의 직경, μ는 점성계수를 나타낸다.
레이놀즈 수가 작은 경우에는 점성력이 지배적이기 때문에 층류가 형성되고, 레이놀즈 수가 큰 경우에는 관성력이 지배적이기 때문에 난류가 형성된다. 일반적으로 레이놀즈 수가 2100 이하인 경우 층류, 4000 이상인 경우 난류로 구분된다. 2100과 4000 사이의 레이놀즈 수를 가지는 영역을 전이 영역이라고 한다.
레이놀즈 수가 클수록 유체의 혼합 가능성이 증가하게 된다. 즉, 레이놀즈 수가 증가하면 관성력이 점성력에 비해 커지면서 불규칙적인 난류 흐름이 나타나게 되는 것이다. 따라서 레이놀즈 수는 유체의 흐름 상태를 구분하는 중요한 지표로 사용된다.
1.2. 유체의 물성
1.2.1. 유량
유량은 단위 시간당 유체의 체적 또는 질량을 의미한다. 유량은 유체가 흐르는 부분의 단면적과 유속을 곱하여 계산할 수 있다. 이때 유적(A)이란 유체가 흐르는 부분의 면적을, 유속(V)이란 유체가 흐르는 속도를 나타낸다. 유량을 구하는 식은 다음과 같다.
Q = A × V
여기서 Q는 유량, A는 단면적, V는 유속을 나타낸다. 유적은 원형, 직사각형, 사다리꼴 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 이에 따라 유량 계산 시 단면적 산정 방식이 달라질 수 있다. 유량 측정 시 단면적과 유속을 정확히 측정하는 것이 중요하며, 보통 메스실린더와 초시계를 이용하여 측정한다.
1.2.2. 점성
유체의 점성은 유체의 물리적 성질 중 중요한 것의 하나로 유체 분자 간 또는 유체 분자와 고체 경계면 사이에서와 같이 서로 인접하여 운동을 하는 층 사이에 마찰력을 유발하는 성질을 말한다. 이는 유체 분자의 응집력 및 분자 간의 상호작용으로 생기며, 점도가 일정한 유체를 뉴턴 유체, 일정하지 않은 유체를 비뉴턴 유체라고 한다.
뉴턴의 점성 법칙은 유체의 흐름을 방해하는 점성이 존재할 때 유체의 흐름에 평행하게 작용하는 전단응력이 유체의 속도의 수직방향 높이에 대한 변화량에 비례한다는 법칙이다. 뉴턴 유체는 이 점성 법칙을 따르며 전단 응력과 속도구배 사이에서 선형적 관계를 띤다. 반면, 비뉴턴 유체는 점성 법칙을 따르지 않으며 선형적 관계를 띠지 않고 위로, 혹은 아래로 휜 형태를 띤다.
액체와 기체의 점성은 온도에 따라 다르다. 액체는 온도가 올라가면 점성이 약해지지만, 기체는 온도가 올라가면 점성이 높아진다. 액체의 경우 온도가 올라가면 분자 간 결합력이 약해져 점성이 약해지지만, 기체의 경우 온도가 올라가면 분자 운동량이 증가하여 마찰력이 증가하고 따라서 점성이 높아진다는 것이 그 이유이다.
유체 점성을 구하는 식은 다음과 같다.
= 전단응력
= 점도
뉴턴 유체와 비뉴턴 유체의 유동은 다음과 같은 그래프로 나타낼 수 있다.
1.2.3. 관성
관성은 물체가 외부에서 운동 방향이나 속력에 변화를 주려고 하는 작용에 저항하려는 성질을 뜻하며 질량의 크기로 나타낼 수 있다. 뉴턴의 제1 운동법칙에 따르면, 외력이 없을 경우 물체는 항상 등속도운동의 상태 즉, 일직선으로 균일하게 움직이는 상태를 유지한다. 유체의 관성을 구하는 식은 다음과 같다.""유체의 관성이란 유체가 외부의 작용에 의해 자신의 운동 상태를 변화시키는 것에 저항하는 성질을 의미한다. 유체 운동에서 관성은 매우 중요한 개념으로, 유체에 가해지는 힘에 대한 유체의 반응을 결정한다. 예를 들어, 수돗물이 콸콸 나오다가 갑자기 꼭지를 잠그면 관성으로 인해 관 내부에 압력파가 생기는 수격현상이 발생한다.
유체의 관성을 나타내는 식은 다음과 같다.
= ρA (dV/dt)
여기서 ρ는 유체의 밀도, A는 유체가 흐르는 단면적, dV/dt는 유속의 시간에 따른 변화율을 나타낸다. 이 식에 따르면 유체의 관성은 밀도와 단면적, 그리고 유속의 변화율에 비례한다. 즉, 밀도가 크고 유속의 변화가 크면 관성이 커진다고 볼 수 있다.
유체 유동에서 관성력은 점성력과 함께 매우 중요한 물리량이다. 점성력은 유체 입자 간의 마찰에 의해 발생하는 힘이라면, 관성력은 유체의 관성 때문에 발생하는 힘이다. 이 두 힘의 상대적 크기는 레이놀즈 수(Re)로 나타낼 수 있는데, Re가 크면 관성력이 지배적이고 Re가 작으면 점성력이 지배적이다.
유체역학에서는 관성력과 점성력의 관계를 잘 이해하고 활용하는 것이 매우 중요하다. 예를 들어 관성력이 지배적인 영역에서는 유체의 흐름 패턴이 복잡해지는 반면, 점성력이 지배적인 영역에서는 단순한 층류 흐름이 나타난다. 이러한 차이를 이해하고 적절한 설계와 운전 조건을 선택하는 것이 공정 설계와 운전에 있어 매우 중요하다.""
1.2.4. 동점성 계수
동점성 계수란 유체의 대류에 의한 점성 확산비로서, 유체의 점성 계수를 그 유체의 질량 밀도로 나눈 값이다. 동점성 계수의 값이 커지면 마찰 전단 응력이 커지며 유체 내의 운동량이 커진다. 즉, 동점성 계수는 운동량이 커질수록 벽에서 유체로 전달되는 점성이 얼마나 잘 확산되는지를 판단할 수 있는 의미를 가지고 있다.
유체의 온도에 따라 동점성 계수가 달라진다. 액체의 경우 온도가 올라가면 분자 간 결합력이 약해져 점성이 약해지지만, 기체의 경우 온도가 올라가면 분자 운동량이 증가하여 마찰력이 증가하고 따라서 점성이 높아진다. 예를 들면, 섭씨 15도 대기압에서 물의 점성 계수는 1.12*10-3 N*s/m2이고 공기의 점성계수는 1.8*10-5 N*s/m2이지만, 물과 공기의 동점성 계수는 각각 1.12*10-6 m2/s , 1.395*10-5 m2/s으로 동점성계수가 약 열배 정도 차이가 난다. 이처럼 연기가 물줄기보다 빠르게 확산되는 모습은 이러한 동점성 계수의 차이로 설명될 수 있다.
동점성 계수를 이용하면 레이놀즈 수를 새롭게 정의할 수 있다. 레이놀즈 수는 유체의 흐름이 층류인지 난류인지를 구별하는데 사용되는 무차원 수인데, 이때 동점성 계수 값을 이용하여 레이놀즈 수를 계산할 수 있다. 따라서 동점성 계수는 유체 유동 상태를 분석하는데 중요한 물성이라고 할 수 있다.
1.3. 전이 영역
전이 영역은 레이놀즈 수가 2100에서 4000 사이일 때 유체가 층류에서 난류로 전이되는 영역을 의미한다. 이 구간은 유체가 갖는 관성력이 유체의 ...
참고 자료
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혼합비이온계면활성제의 조성에 따른 O/W 에멀젼의 유동특성 및 안정성 : 1 . 반전유화법을 이용한 O/W 에멀젼의상거동 및 유동특성 , 이호식김점식, 한국공업화학회 (1993)
